Hållbarhet och naturresurser

Hållbarhet och naturresurser Blåsenhus, 2012-10-30 Dr Mikael Höök, universitetslektor Globala Energisystem, Uppsala Universitet & Styrelseledamot i ASPO Sverige

Upplägg 1. Introduktion 2. Översikt av världens energisystem 3. Vad är fossil energi? 4. Framtidsutsikter 5. Peak Oil och andra kommande peakar 6. Peak Fosfor och matförsörjningen

Vad är hållbarhet? Brundtland-kommisionens definition: Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs Men vad menar vi egentligen med behov? Kan detta hanteras mer naturvetenskapligt?

Vad behöver samhället? Fokus på grundläggande behov Mat- och livsmedelsförsörjning Annars överlever inte människor Egentligen är mat = energi Råvaror Behövs för att bygga och tillverka saker Energi Behövs för allt ovanstående

Vi ser att energi är centralt Mat är bara den typ av bränsle/energi som kroppen behöver för att fungera Matfrågor och energifrågor hänger därmed ihop Övriga resurser hänger också ihop med energi på många sätt, vilket vi ska gå in närmare på

Energi? Många är bekanta med ordet eller konceptet Förknippas ofta med kraft, möjlighet, förmåga eller potential Rent naturvetenskapligt definieras energi som förmågan att utföra fysikaliskt arbete (och därmed påverka den fysiska verkligheten) Arbetet vara nyttigt eller onyttigt för människan

Energi är centralt! Av energins definition följer: Utan energi blir ingenting gjort! Energi är oersättligt och helt enkelt den resurs som möjliggör allt annat Energi är därmed centralt för allt i verkligheten så väl som i samhället

Termodynamik Läran om energi kallas termodynamik Speciellt studeras där energins olika former och hur den kan omvandlas Energikonceptet började studeras vetenskapligt på 1600-talet då man började överge de gamla grekernas (främst Aristoteles) tankar om världen Idag är termodynamiken en oerhört viktig pelare inom naturvetenskapen

Enheter för energi Man måste ha en bra måttenhet för mäta energi Energi mäts ofta i enheten Joule [J] enligt standarden Finns även en rad andra enheter som används

Andra energienheter 1 kilowattimme [kwh] 1 kalori [cal] 1 brittisk termisk enhet [Btu] 1 fat oljeekvivalenter 1 ton oljeekvivalenter [toe] 1 Newtonmeter [Nm] 1 elektronvolt 3 600 000 J 4.18 J 1055 J 6 120 000 J 42 000 000 000 J 1 J 1.602*10 19 J

Former av energi? Ett centralt begrepp är olika former av energi Energin kommer nämligen i många olika sorters förpackningar Några vardagliga exempel är rörelseenergi, värme och kemisk energi Mer exotiska energiformer finns också så som elektricitet och bindningsenergi i atomkärnor

Nyttig respektive onyttig energi Vad som är nyttigt beror lite på vad man efterfrågar Oftast vill man ha ut arbete i någon form, det vill säga en ordnad rörelse, för att åstadkomma något Energi blir ordnad rörelse kallas ibland exergi Onyttig energi är den energi som inte går att omvandla till ordnad form, den kallas ibland entropi

Allt är energi!!! Allt från de universums minsta byggstenarna till det som håller samman allt är energi i olika former Energi är centralt för allt, inte minst det mänskliga samhället

Termodynamikens andra lag Oordningen efter varje process måste öka Värme (oordnad rörelse) kan inte fullständigt konverteras till arbete (ordnad rörelse) Mängden nyttig energi som kan utföra arbete minskar vid varje konvertering Processer går bara naturligt åt ett håll

Förluster i motorer 1 kwh (Bränsle med hög ordning) 0.3 kwh (Ordnat arbete) 0.7 kwh (Spillvärme med hög oordning)

Typiska verkningsgrader Bensin/dieselmotor, ~20-30% Elgenerator, ~ 95% Människans ämnesomsättning, ~40% Kommersiella solceller, ~20% Kärnkraftverk, ~30% Vindturbin, maximalt 59.7%, normalt ~20-30%

Konsekvenser av Huvudsats 2 (Nyttig) energi är inte återvinningsbar Mängden energi som kan utföra nyttigt arbete minskar vid varje konvertering Arbete är en icke-förnybar resurs och det finns inget hållbart sätt att konsumera energi (Andra Huvudsatsen är en sann glödjedödare!)

Världens energisystem

Världens energiförsörjning Världens totala energiproduktion motsvarar 11 740 miljoner ton olja, där oljan står för 4027 miljoner ton Källa: IEA

Vind och sol är helt försumbara i världens energiförsörjning Källa: IEA (2007) Renewables in Global Energy Supply Fact Sheet

Fossil energi dominerar Världen är extremt beroende av fossil energi Fyra femtedelar av all energi mänskligheten får kommer från fossila bränslen Globala energifrågor är därmed starkt kopplade till den fossila energin I denna kurs ska vi kolla närmare på främst fossil energi, men även de övriga delarna av världens energiförsörjning och dess betydelse

Källa: IEA Världens elförsörjning

Även elen är främst fossil Två tredjedelar av världens elförsörjning kommer från fossila energikällor Genom elektriciteten sträcker sig den fossila energin i nästan alla delar av det moderna samhället Fossil energi

Energi och samhället Energi = förmågan att utföra arbete Transporter, elproduktion, matproduktion, uppvärmning, kylning, tillverkning, förädling och mycket annat kräver energi i olika former Utan energi blir ingenting gjort!!!

Energi driver vår värld Satellitbild av världens energikonsumtion

Källa: Världsbanken BNP-densitet (BNP/area)

Energi ger välstånd Världens rikaste länder är också de som använder mest energi Välfärd, tillverkning och industri kräver stora mängder energi Energi utgör grunden för allt i det moderna samhället och driver vår ekonomi

Energi ger komfort Att värme 1 kg vatten med 1 ºC kräver ~ 4.18 kj Varmvatten och varma duschar kräver därmed en hel del energitjänster för att vara möjliga Med värmeenergins tjänst Utan värmeenergins tjänst

Källa: UNDP Men även högre livskvalitet

Mer om fossil energi Varifrån kommer detta magiska bränsle som ger oss mer än 80% av vår energi? Vilka inbyggda problem har fossil energi ur ett hållbarhetsperspektiv?

Vad är fossil energi? Fossil energi är kolbaserade föreningar som hittas naturligt ute i världen Består av kolväten av organisk härkomst som bevarats och förhindrats från att oxidera tack vare att geologiska processer skyddat dem från nedbrytande mikroorganismer Vid förbränning kan därmed energiinnehållet i fossil energi omvandlas till värme och nyttigt arbete

Vad är kol? En brännbar svart eller brunsvart sedimentär bergart som förekommer över hela världen Har varit känd sedan Antiken

Vad är naturgas? En brännbar gas som består av 80-100% metan och 0-20% etan eller tyngre kolväten Förekommer ofta i anknytning till olja eller kol, men finns även i rena gasförekomster

Vad är olja? Även kallat petroleum (sten-olja på grekiska) Samlingsnamn för kolvätebaserade vätskor av geologisk härkomst

Olja mer än vad ögat ser! Över 4000 produkter görs av olja, däribland: DVDer, asfalt, parfym, värmeljus, plast, lösningsmedel, bensin, diesel, smörjoljor, bildelar, deodorant, mediciner, mattor, sprängämnen, kontaktlinser, tvättmedel, färg, aspirin, nylon, konstfibrer, vinyl, tändargas, petroleumkoks, elektroder, paintballkulor, glasyrämnen (E905), hudvårdsprodukter, återfuktningskräm, tjära, cykeldäck, syntetgummi och mycket annat.

Geologisk överblick Petroleumgeologi och kolgeologi Försöker beskriva var och hur bildning sker Utveckla metoder för att uppskatta var nya fynd kan göras Systematisera och klassificera befintliga fynd

Bildningen av fossil energi Majoriteten av världens fossila energiresurser bildades under några korta epoker i jordens historia Intensiv global uppvärmning och frodig vegetation band stora mängder koldioxid i organiska föreningar (kolhydrater, proteiner, fetter, etc.) Den största bildningen skedde under Karbonperioden cirka 350 miljoner år sedan, följt av ytterligare deponering under Trias, Jura, Krita och Tertiärperioderna

Källa: Berner (2001), Scotese (2008) Den geologiska tidsskalan

Kontinenternas förflyttning

Hur bildas kol & petroleum? Olja bildas av marina sediment. Främst plankton och bakterier Kol bildas från växtdelar från gamla träsk/sankmarker Naturgas kan bildas från både kol och olja

Sedimentering Olika material ansamlas ovanpå varandra till följd av erosion, transport med mera Tyngd och tid pressar samman materialet till en sedimentär bergart Ex: Sand blir till sandsten Organiska lämningar kan mycket väl bakas in i sedimenten och bevaras

Världens sedimentära bassänger Det mesta av världens oljebärande regioner har sedan länge identifierats Bassänger på land är gröna och offshorebassänger är purpurfärgade Källa: Schlumberger Middle East Well Evaluation Review, Number 10, p. 8.

Vart har jättefälten hittats? Källa: American Association of Petroleum Geologists (AAPG)

Källa: Columbia University Världens kolregioner

Sammanfattning Finns det inte rätt sediment närvarande hittar man inga fossila bränslen Sverige har exempelvis en magmatisk berggrund utan närvaro av rätt bergarter (utom små formationer i Skåne och på Gotland) Geologin förklarar varför vissa länder har fossil energi medan andra saknar tillgångar

Mer om olja Olja bildas från marina sediment, främst rester från alger, plankton och andra encelliga organismer Dock är detta bara första steget i en lång kedja som krävs för att bilda oljefält

Olja och dinosaurier Olja har ingenting alls att göra med dinosaurier Oljan kommer från den tid då dinosaurierna levde men det är allt då skräcködlorna inte har bidragit med något till oljebildningen

Petroleumsystemet 1. Moderbergarten genererar petroleum som senare pressas ut på grund av sin volymökning 2. Expulsion och migration följer och leder mot en uppsamlingsplats, kallad reservoar 3. Ett sigill, även kallad fälla, hindrar ytterligare rörelse mot ytan 4. Ackumulering sker i reservoaren Om något steg misslyckas blir det inget olje/gasfält!

Geotermiska gradienter Rätt djup och temperatur krävs för att just olja ska bildas Källa: Robelius (2007) The Highway to Oil, doctoral thesis from Uppsala University

Oljan finns i stenens porer! Olja finns inte i stora underjordiska dammar, utan är instängd i stenarnas porer, det vill säga hålrummen mellan stenens beståndsdelar (påminner om tvättsvamp eller oasis) Får konsekvenser för hur oljan kan pumpas upp tack vare fluidmekanik (mer om detta senare!!!) Schematisk bild Mikroskopbild

Oljefynd som funktion av djupet Källa: Höök et al. (2010) Development of oil formation theories and their importance for peak oil. Marine and Petroleum Geology, Volume 27, Issue 9, October 2010, Pages 1995-2004

Schematisk bild

En riktig oljereservoar Med avancerad 3D seismik och datortomografi kan man avbilda reservoar i Här är en del av norra Ghawar i Saudi-Arabien, världens största oljefält

Foto: Mikael Höök Syriska oljefält

Olje- & gasterminologi Resurser Avser den mängd olja som finns innesluten i reservoaren men allt går inte att få upp av fysikaliska, tekniska och ekonomiska anledningar Geologiska förekomster utvinningsbara Reserver Avser de mängder som är tekniskt, ekonomiskt möjliga att få upp Utvinningsbara mängder i normalt språkbruk

Världens oljetillgångar 1. Saudiarabien 19.8 % 2. Venezuela 12.9 % 3. Iran 10.3 % 4. Irak 8.6 % 5. Kuwait 7.6 % 6. U. Arab. Em. 7.3 % 7. Ryssland 5.6 % 8. Libyen 3.3% 9. Kazakstan 3.0 % 10. Nigeria 2.8 % All världens olja är koncentrerad till Mellanöstern 75% av världens kvarvarande olja finns i arabvärlden och Afrika Källa: BP Statistical Review of World Energy 2010

Det finns lite olja i Sverige!!! Källa: Bild från oljefältet vid Rute på Norra Gotland

Världens gastillgångar Plats Land Reserver [Tcm] Andel av världen 1 Ryssland 45 24% 2 Iran 30 16% 3 Qatar 25 14% 4 Turkmenistan 8 4% 5 Saudi-Arabien 8 4% 6 USA 7 4% 7 Förenade Arabemiraten 7 3% 8 Venezuela 6 3% 9 Nigeria 5 3% 10 Algeriet 5 2% Källa: BP Statistical Review of World Energy 2010

Sammanfattning olja & gas Ojämnt fördelade över världen på grund av fördelaktig geologi i vissa regioner Ansamling av olja till Mellanöstern (urgammalt havsområde med ostörd tektonik som bevarad fällorna intakta) Begränsningar i geologin utesluter förekomster på vissa platser Snåriga klassifikationer rörande vad som finns och vad som faktiskt är utvinningsbart

Mer om kol

Kol i naturen Kollager från Colorado, USA Kol förekommer i skikt eller flötsar (eng. seams eller beds) som är allt från några cm till hundratals meter tjocka. Tjockleken beror på hur länge kolbärande sediment ostört deponerades

Foto: Mikael Höök Kolgruva i Turkiet

Koltyper Kol av olika typ och energiinnehåll kan bildas Kol har mycket större variation i energiinnehållet än olja och gas Typiska energiinnehåll för huvudtyperna Anthracite: 30 MJ/kg Bituminous coal: 18.8 29.3 MJ/kg Subbituminous coal: 8.3 25 MJ/kg Lignite: 5.5 14.3 MJ/kg

Distribution av koltyper

Kolresurser Anger den geologiska förekomsten av kol i marken Uppskattas från geologiska undersökningar tjocklek [m] x area [m 2 ] x relative densitet [tons/m 3 ] = in situ tonnage [ton] Relativt energiinnehåll (MJ/kg) kan också användas för att ge resursuppskattningar på energibasis Är dock dåliga mått på den utvinningsbara mängden

Källa: World Energy Council, BGR Globala resursuppskattningar [Gt]

Kolreserver Anger de kolmängder som är geologiskt, tekniskt, legalt och ekonomiskt utvinningsbara Inkluderar ett antal tekniska parametrar, men även socioekonomiska variabler Utvinningsbarhet är en komplex fråga som spänner från ren teknik till ekonomi och politik

Att beräkna reserver Källa: Mohr et al (2010) Projection of long-term paths for Australian coal production - comparisons of four models. International Journal of Coal Geology, Volume 86, Issue 4, 1 June 2011, Pages 329-341

Exampel: Gillete coal field, Wyoming Kol i marken (total kolresursen): 182 Gt Tillgängliga resurser efter restriktioner: 142 Gt Utvinningsbart kol: 70 Gt (efter brytnings/hanteringsförluster och en antagen 10:1 stripping ratio) Ekonomiskt utvinningsbart: 9.1 Gt (med 2008 års ekonomiska begränsningar och krav på 8% avkastning) Mängden kol i märken är generellt mycket dåliga indikatorer på hur mycket som kan utvinnas och användas av samhället!!! Källa: Luppens et al (2008) Assessment of Coal Geology, Resources, and Reserves in the Gillette Coalfield, Powder River Basin, Wyoming: U.S. Geological Survey Open-File Report 2008-1202

Källa: WEC, BGR Historisk utveckling

Var finns världens kol? Land Miljarder ton % av total (Kum.) Världen 826.00 Gt 100% 1. USA 238.31 Gt 28.9% (28.9%) 2. FSU 222.18 Gt 26.9% (55.8%) 3. Kina 114.5 Gt 13.9% (69.7%) 4. Australien 76.2 Gt 9.2% (78.9%) 5. Indien 58.6 Gt 7.1% (86.0%) 6. Sydafrika 30.5 Gt 3.7% (89.7%) 7. Polen 7.5 Gt 0.9% (90.6%) 8. Brasilien 7.1 Gt 0.9% (91.5) Källa: BP 2010 (FSU = Former Soviet Union = Ryssland, Ukraina & Kazakhstan)

Kol i världen Kolreserver finns i 70 länder och runt 50 länder bryter även kol De stora volymerna koncentrerade till relativt få länder och regioner Trots små tillgångar är lokalt kol är väldigt viktigt i flera länder, medan andra är beroende av import God förståelse av tillgångarna är viktigt för planering och strategi

Sammanfattning kol Kol är mycket mer mångskiftande än olja och gas Typ och kvalité spelar mycket större roll för användaren Stora och enorma variationer i energiinnehåll mellan olika koltyper beroende på mognadsgraden Lokal geologi påverkar halten av föroreningar enormt mycket

Avslutande notiser Världens förekomster av fossil energi är mycket orättvis Några få länder har fått majoriteten av de utvinningsbara mängderna tack vare fördelaktig geologi Politiska spänningar och beroenden följer av ofta detta

Det viktigaste Resurser avser geologisk förekomst Reserver avser praktiskt utvinningsbara mängder Bara för att något finns i marken så innebär det inte alltid att det går att utvinna, vilket är mycket viktigt att komma ihåg för naturresurser överlag Vanligtvis blandar folk ihop de geologiska förekomsterna med de utvinningsbara och överdriver därmed starkt tillgången

Att förstå framtiden Vilka utmaningar ligger framför världens energiförsörjning? Kan det vi vet om fossil energi säga något om tillgången på fossil energi i framtiden?

Ovetenskapligt siande Att sia om händelser är bland världens äldsta yrken Ursprungligen var det något som sköttes av mystiker, siare och profeter Bestod ofta av sinnrika gissningar, ogreppbara principer och vaga påståenden

Lära från historien?

Vetenskapligt siande Vetenskapligt siande är mer känt som prediktion eller forecasting Använder kunskap om ett system, dess mekanismer, tidigare historia och fysiska data för att försöka förutsäga systemets framtida utveckling

Hur ändras energisystem? Energisystem är inte statiska utan ändras med tiden De kan växa på grund av ökande energibehov, men också minska på grund av fallande efterfrågan eller sinande tillgångar För att förstå framtidens energisystem måste man först förstå deras tillväxtmönster

Olika tillväxtmöjligheter Källa: Höök et al (2011) Descriptive and predictive growth curves in energy system analysis. Natural Resources Research, Volume 20, Issue 2, June 2011, Pages 103-116

Obegränsad tillväxt Bara möjligt under kortare perioder Orimlig i längre perspektiv då sådan tillväxt alltid leder till oändliga värden Växer ofta exponentiellt (med konstant procentuell tillväxt varje år) Används ofta av prognosmakare som inte kan speciellt mycket naturvetenskap

Jordens ändlighet Jorden är ett ändligt klot och kan inte innehålla oändligt med energiresurser och andra naturråvaror

Begränsad tillväxt Här är tillväxten begränsad och när till sist ett maximalt värde Förr eller senare når man sin vuxna storlek och slutar växa mer Exempelvis när alla tillgängliga floder är fullt utbyggda Mycket mer förenligt med jordens ändlighet

USA:s vattenkraft Brist på tillgängliga floder har gjort att expansionen avstannat sedan 1970-talets början Källa: BP Statistical Review of World Energy 2011

Avtagande och utplanande tillväxt Källa: Höök et al (2011) Descriptive and predictive growth curves in energy system analysis. Natural Resources Research, Volume 20, Issue 2, June 2011, Pages 103-116

Klockformad tillväxt För en del tillväxtprocesser nås ett maximalt läge som följs av en minskning Uppstår framför allt när den sammanlagda produktionen är begränsad (fossil energi) Symmetriska eller asymmetriska former kan förekomma

Tillväxt med en peak Källa: Höök and Aleklett (2009) Historical trends in American coal production and a possible future outlook. International Journal of Coal Geology, Volume 78, Issue 3, May 2009, Pages 201-216

Resurstypen är viktig Förnybara resurser Ändliga resurser Beter sig på ett sätt som möjliggör uthålligt användande Kan dock bli ändliga om de överanvänds Beter sig på ett sätt som gör att de alltid sinar Tar slut efter tillräckligt långt användande

Utvinning vs påfyllning En avgörande parameter för hur en energiresurs kommer att bete sig är hur snabbt den exploateras och hur snabbt den återskapas Vissa resurser skapas mycket långsamt, medan andra uppkommer snabbt Vissa resurser utvinns fort medan andra exploateras desto försiktigare Balansen mellan dessa två är avgörande

Ändliga resurser Petroleum Naturgas Kol Uran Metaller Men även annat under speciella förutsättningar

Varför är de ändliga? Uran och andra metaller skapades från döende stjärnor och någon nyskapning har inte skett sedan jorden blev till Olja, naturgas och kol skapas endast mycket långsamt via geologiska processer som kräver miljontals år Utvinningen av många resurser är mycket snabb (1-100 år) så under alla former av praktiska sammanhang så är de ändliga

Torv som exempel Torv skapas i träskmarker med en takt på ungefär 0,1-1 mm per år Den utvinns genom att man tar upp cm till metertjocka lager per år Torvutvinning

Fossil energi Består av komprimerad och uppgraderad biomassa som ackumulerats under miljontals år Utvinns mycket fort i jämförelse med påfyllningen

Metaller Skapas inte naturligt på jorden utan härstammar från kärnreaktioner i döende stjärnors supernovor Alla jordens metaller fanns här när jorden bildades från ett kosmiskt stoftmoln Det sker därmed ingen nyskapning (förutom bidrag från asteroidnedslag) alls av metaller och de blir därmed ändliga resurser

Även annan energi kan bli ändlig... Hugger man ned skog och annan biomassa snabbare än vad den växer till så blir dessa naturligtvis ändliga resurser Överexploatering av förnybar energi kan mycket väl göra den ändlig och göra att den sinar

Valarna igen Källa: Höök et al (2010) Development of oil formation theories and their importance for peak oil. Marine and Petroleum Geology, Volume 27, Issue 9, October 2010, Pages 1995-2004

Relevans för framtidens energi? Över 80% av energin i dagens samhälle kommer från fossil energi som är en ändlig resurs Hur kommer denna ändlighet att påverka vår framtida energiförsörjning?

Oljan finns i stenens porer! Olja finns inte i stora underjordiska dammar, utan är instängd i stenarnas porer, det vill säga hålrummen mellan stenens beståndsdelar (påminner om tvättsvamp eller oasis) Får konsekvenser för hur oljan kan pumpas upp tack vare fluidmekanik och flödesrelationer i reservoaren Schematisk bild Mikroskopbild

Darcy's lag Beskriver de dominerande krafterna som påverkar flöden i en oljereservoar Analog med Fouriers värmeledningslag och Ficks diffusionslag där q = volymflödet, k = permeabilitet, A = tvärsnittsarea µ = vätskans viskositet, P/ L = tryckfallet över flödets väg

Flödesrelationer Kombineras Darcy s lag med gravitationskraften, kontinuitetsekvationen och termodynamikens första huvudsats får en flödesrelation för fluider i porösa medier Tillgängliga i många komplexa varianter

Det viktigaste Att klämma ut de sista dropparna är ofantligt mycket svårare än de första Kräver mycket mer fysikaliskt arbete och praktiska insatser, vilket påverkar produktionskostnader

Oljefältens produktion Idealiserad produktionsprofil för ett oljefält, där olika mognadsstadier genomgås Källa: Höök et al., 2009. The evolution of giant oil field production behaviour, Natural Resources Research, 18(1): 39-56

Några exempel

Tyskland som exempel

Field-by-fieldvy över Norge Källa: Aleklett et al (2010) The Peak of the Oil Age Analyzing the world oil production Reference Scenario in World Energy Outlook 2008. Energy Policy, Volume 38, Issue 3, March 2010, Pages 1398-1414

Norsk framtidsprognos Källa: Höök & Aleklett (2008) A decline rate study of Norwegian Oil Production, Energy Policy, Volume 36, Issue 11, November 2008, Pages 4262-4271

Maxproduktionens mekanism En peak i produktionen infaller när nya fält inte längre kan kompensera för nedgången i de gamla fälten Uppkommer automatiskt när de nya fälten är för små, för dyra eller för komplicerade att ta i drift tillräckligt fort

Kopplingen mellan enskilda fält till en hel region Peak Oil

Hubbert och USA Hubberts ursprungliga prognos för US Lower 48 ligger bara några 100 000 fat fel jämfört med verkligheten, trots att prognosen är 50 år gammal!

Matematiska modeller stämmer väl Källa: Höök et al (2010) Descriptive and predictive growth curves in energy system analysis. Natural Resources Research, Volume 20, Issue 2, June 2011, Pages 103-116

Norge igen Källa: Höök et al (2010) Descriptive and predictive growth curves in energy system analysis. Natural Resources Research, Volume 20, Issue 2, June 2011, Pages 103-116

Den obekväma sanningen om olja Källa: Robelius (2007); Giant Oil Fields the highway to oil

Källa: BP, IHS Mest olja när priset var lågt

Hur snabbt minskar befintlig produktion egentligen? 4.5% 4-6% 8% 8% 5.8-6.7% 5.5-6.5% CERA ExxonMobil Schlumberger T. Boone Pickens International Energy Agency Höök & Hirsch Detta innebär att mellan 4-7 miljoner fat per dag i ny produktionskapacitet måste tillföras per år bara för att hålla produktionen konstant! Detta motsvarar ungefär ett nytt Nordsjön per år!

Framtida utsikter och behovet av ny produktion Källa: Höök et al (2009) Giant oil field decline rates and their influence on world oil production, Energy Policy, Volume 37, Issue 6, June 2009, Pages 2262-2272

Framtidens oljeproduktion UKERC sammanställde över 500 studier nyligen och fann följande: Produktionspeaken kommer innan 2030, med signifikant risk innan 2020 men många menar att den redan är passerad Mer än 5 nya Saudi-Arabien måste hittas och exploateras innan 2030 enbart för att hålla dagens produktionsnivå konstant Spridningen hos de möjliga utfallen minskar snabbt i takt med att världens oljetillgångar sinar

Andra peakar att tänka på Kol och naturgas är likaså ändliga resurser så peak coal och peak gas är högst relevanta Många metaller är viktiga samtidigt som de är ändliga (i.e. peak metals) Andra naturresurser, däribland fosfor, är också vitala men ändliga resurser (i.e. peak minerals)

Jules Verne & Peak Coal those immense coalfields which never the less are not inexhaustible and which three centuries of present accelerated rate of consumption will exhaust unless the industrial world will devise a remedy -Resan till Jordens Medelpunkt, 1864 Jules Verne, 1828-1905 Författare och en av grundarna till Science Fiction-litteraturen

William Stanley Jevons In the increasing depth and difficulty of coal mining we shall meet that vague, but inevitable boundary that will stop our progress. -The Coal Question, 1865 William Stanley Jevons, 1835-1882 Ekonom och logiker Förutspådde Englands kolpeak Reste även frågor om hållbarheten på andra resurser

Den logistiska modellen Kommer från Verhulsts arbeten om populationsbiologi men dyker även upp i samband med den kompetativa Lotka-Volterra modellen (predator-prey) Ett specialfall av den Generaliserade Bassdiffusionsmodellen och har visat sig beskriva en fri-marknad-exploatering av resurser väl Matematiskt enkel och stämmer bra överens med observerad data

Arketypiskt beteende Källa: Höök and Aleklett (2009) Historical trends in American coal production and a possible future outlook, International Journal of Coal Geology, Volume 78, Issue 3, Pages 201-216

Historiska mönster beskrivs väl Källa: Höök et al (2010) Global coal production outlooks based on a logistic model. Fuel, Volume 89, Issue 11, November 2010, Pages 3546-3558

Peak Coal Källa: Höök et al (2010) Global coal production outlooks based on a logistic model. Fuel, Volume 89, Issue 11, November 2010, Pages 3546-3558

Peak Gas Framtida gasproduktion kan inte överstiga den mängd naturgas som hittats och finns på jorden Kombineras detta med produktionsmodellering likt den för olja (och andra ändliga resurser) kan man uppskatta när peak gas kommer Studier ger lite olika resultat men många hamnar omkring år 2030 Okonventionell gas är dock en joker, även om det inte ändrar den generella bilden mycket

Källa: Campbell and Heapes (2009) An Atlas of Oil and Gas Depletion Peak Gas

Källa: Laherrere (2010) Copper Peak Peak Copper & Peak Gold

Fosfor en viktig sak Förekommer inte i fri form i naturen på grund av hög reaktionsförmåga Upptäcktes på 1600-talet då en alkemist försökte göra guld av mänskligt urin

Fosfor i biologin Fosfor ingår i DNA som en viktig beståndsdel, men bygger även upp skelett och cellmembran Cirka 86% finns i skelettet, 9% i musklerna och resten i organen och blodet och en normal människa innehåller runt 0.7 kg forsfor ATP cellernas energibärare består av fosfor Utan fosfor vore inte biologiskt liv möjligt

Fosfor i jordbruket Fosfor (P) är viktigt för bra växtlighet på åkrar En av de tre viktigaste komponenterna i gödningsmedel (NPK) tillsammans med kväve (N) och kalium (K) Odling på en och samma plats leder till minskning av bördigheten på grund av att fosfor bortförs via grödorna och fosfor saknar ersättare i ekosystemet För att motverka detta tillsätts fosfor artificiellt

Fosfor i marken Normalt tillförs marken fosfor från stenar och mineraler som vittrar på grund av väder och vind Fosfortillgången är en av de faktorer som mest begränsas hur mycket avkastning man kan få av en jordbruksmark Dock har det moderna samhället brutit det naturliga kretsloppet för fosfor genom att tillföra extra mängder via konstgödning efter vad som kallas den gröna revolutionen

Jordbruk

Jordbrukets energiförbrukning

Den gröna revolutionen Mellan 1950 och 1984, då den gröna revolutionen transformerade jordbruket världen över, ökade spannmålsproduktionen med 250% Detta är en enorm ökning av den tillgängliga matmängden för samhället Denna nya energimängd kom inte från ökad solinstrålning eller ökad mängd jordbruksmark

Agrokemikalier Drivkraften bakom den gröna revolutionen kom från fossil energi Kvävegödning (från naturgas via Haber-Bosch) Pesticider, fungicider, insekticider och syntetiska tillväxthormoner (tillverkas av olja) Fosfor från dieseldrivna gruvmaskiner Fossildriven konstbevattning och otaliga jordbruksmaskiner

Mekaniserat jordbruk

Energi & jordbruket För varje kalori mat vi äter så har 3-4 kalorier fossil energi sprayats på fälten som gödning Den gröna revolutionen och den snabba befolkningstillväxten efter 1950-talet är ett resultat av att göda jordbruksmarkerna med petrokemikalier Jordbruk har ändrats mer under de senaste 50 åren än under de föregående 2000 åren

Att föda världen Mekaniserat jordbruk med syntetiska gödningsmedel ger mat för omkring 3000 persons/km 2 Avancerat ekologiskt jordbruk med naturliga gödningsmedel ger mat för omkring 200 persons/km 2 Utan tillsatser kan det bli svårt att mätta alla munnar Källa: Emanuelsson et al (2002), Det skånska kulturlandskapet

Spannmålsproduktionen

Tillförseln av P-konstgödning

Befolkningstillväxt och gödning

Kan fosfor peaka? Naturligtvis då fosfor är en ändlig resurs! Detta kan få stora konsekvenser för världens matförsörjning och därigenom hela samhället Resursutarmning och ohållbart bruk av naturresurser som naturgas och fosfor är ett direkt problem för matförsörjningen

Fosforproduktion Fosfor utvinns från fosfatsten (phosphate rock) på några platser världen över Kina (36%), USA (15%) och Marocko (15%) står för två tredjedelar av världens totala utvinning av fosfatsten Tidigare fosforkällor som guano på öar utanför Sydamerika är numera uttömda

Peak phosphorous Källa: Cordell et al (2009) The Story of Phosphorus: Global food security and food for thought, Global Environmental Change Journal

Sammanfattning: fosfor När peak fosfor inträffar är lite svårt att säga Sannolikt är den inte så långt borta Mycket fossil energi används för att driva fosforbrytningen så peak oil kan därmed resultera i peak fosfor Utan fosfor kan det bli svårt att trygga matförsörjningen för den växande befolkningen

Tack för uppmärksamheten! Läs mer om min forskning här: http://www.geo.uu.se